CN114412994B - 大型掘进机主驱动密封系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大型掘进机主驱动密封系统，大型掘进机主驱动密封系统通过油脂加压通道向腔体压入油脂，同时第二表面螺纹或凹槽部位贴合在旋转轴表面，旋转轴转动时，旋转轴转动方向与第二表面的螺纹或凹槽的设置方向相配合，使腔体内油脂顺着螺纹或凹槽设置方向向另一端移动，形成高于掘进环境泥、水的压力，防止掘进换进中的泥、水进入主轴密封系统，同时润滑转动轴与第二表面的接触面，防止干摩擦导致密封磨损失效，另一方面，对于少量已进入密封系统的杂质，通过上述效果，可有效将杂质排出密封系统，达到密封系统自清洁效果。
Description
技术领域
本发明涉及密封技术领域，特别涉及大型掘进机主驱动密封系统。
背景技术
旋转轴唇形密封圈是具有可变形截面、通常有金属骨架支撑、依靠密封唇口施加的向内或向外的径向力防止液体泄漏的密封圈。一般来说，旋转轴唇形密封圈是通过在旋转轴和密封圈的柔性元件之间设计过盈配合而形成动态密封。
在恶劣工况下，大型掘进机主驱动密封系统，掘进面上下部位受掘进环境的压力梯度大，泥、水压力随地质环境变化而剧烈波动，瞬时冲击压力大，叠加密封系统的偏心、振动影响，密封系统存在周向密封应力不均匀的现象。传统的单一V形单翅密封件，所施加的润滑脂压力难以保证密封唇口的稳定全膜润滑状态，密封唇口存在局部干摩擦现象，导致密封唇口快速升温、磨损失效，进而导致所密封的外部高压泥、水等杂质侵入密封系统，且长期无法自主排出，最终导致主轴磨损和大量油脂失控泄露，造成严重的经济损失和环境破坏。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种大型掘进机主驱动密封系统，能够稳定润滑密封系统唇口，抵抗掘进环境泥、水的侵入，还能自清洁密封系统，防止主轴磨损失效，同时可控的降低密封系统的油脂排放量，减少环境污染。
根据本发明的第一方面实施例，提供一种大型掘进机主驱动密封系统，包括：至少两个油封，旋转轴，压模；密封系统最左侧为掘进环境，密封系统右侧为掘进机内部系统；油封包括至少一个翅和骨架，骨架在横截面上具有宽度方向，翅与骨架连接，翅的指向与骨架宽度方向形成夹角，翅包括相对的第一表面和第二表面，在第二表面设置有规则均匀分布的螺纹或凹槽，靠近翅端螺纹或凹槽的深度比靠近骨架方向的深度大，油封的骨架与压模贴合，油封翅的第二表面螺纹或凹槽部位抵持于所述转轴表面，形成弯折部，压模与旋转轴之间形成腔体，腔体与通道相通，最靠近掘进机系统的通道为观察通道，其余通道为油脂加压通道。
有益效果：大型掘进机主驱动密封系统通过油脂加压通道向腔体压入油脂，同时第二表面螺纹或凹槽部位贴合在旋转轴表面，旋转轴转动时，旋转轴转动方向与第二表面的螺纹或凹槽的设置方向相配合，使腔体内油脂顺着螺纹或凹槽设置方向向另一端移动，形成高于掘进环境泥、水的压力，防止掘进环境中的泥、水进入主轴密封系统，同时润滑转动轴与第二表面的接触面，防止干摩擦导致密封磨损失效，另一方面，对于少量已进入密封系统的杂质，通过上述效果，可有效将杂质排出密封系统，达到密封系统自清洁效果。
根据本发明的一些实施例，所述夹角的锐角介于50°-60°之间，钝角介于115°-125°之间。
根据本发明的一些实施例，所述第一表面和所述骨架之间的连接以第一弧形过渡。
根据本发明的一些实施例，所述油封由聚氨酯或丁腈橡胶制备而成。
根据本发明的一些实施例，所述螺纹或者所述凹槽均匀规则地分布于第二表面，靠近所述翅的一端深度比靠近所述骨架方向的深度大。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1为本发明大型掘进机主驱动密封系统示意图；
图2为本发明油封示意图；
图3为图2中Ⅰ处的放大示意图；
图4为密封件正视图；
图5为图4部分结构放大示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1，提供一种大型掘进机主驱动密封系统实施方式，包括：至少两个油封100，旋转轴200，压模300，通道500；所述压模300与所述旋转轴200之间形成腔体400，各所述油封100设置在腔体400内，所述腔体400与通道相通，密封系统最左侧为掘进环境，密封系统右侧为掘进机内部系统。其中，油封100采用多个弧形单翅结构。
旋转轴唇形密封圈是具有可变形截面、通常有金属骨架支撑、依靠密封唇口施加的向内或向外的径向力防止液体泄漏的密封圈。一般来说，旋转轴唇形密封圈是通过在旋转轴200和密封圈的柔性元件之间设计过盈配合而形成动态密封，密封压力不高于0.05MPa。在一些恶劣的工况条件下，如大型隧道施工机械大型掘进机主驱动密封，需要密封高达1.0MPa到2.0MPa的泥水压力，多采用橡胶V形单唇密封件(适用低压时)或聚氨酯翅形密封件(单翅或多翅)，并通过润滑脂反向施加高于泥水的压力，提供密封唇口润滑、冷却、抵抗泥水的侵入。
由于大型掘进机主驱动密封直径大，所密封的泥水上下压力梯度大，并且泥水压力随地质环境变化而剧烈波动，叠加密封系统的偏心、振动影响，密封件存在周向密封应力不均匀的现象，所施加的润滑脂压力难以保证密封唇口的稳定全膜润滑状态，密封唇口存在局部干摩擦现象，导致密封唇口快速升温、磨损失效，进而导致所密封的外部高压泥水等杂质侵入，最终导致主轴承磨损，造成严重的经济损失和环境破坏。提高润滑脂反向压力可以在一定程度上减少密封唇口局部干摩擦的现象，但会显著增加设备润滑、密封系统的制造难度、成本和运行稳定性，而且润滑脂的大量消耗，不但增加设备运行成本，也对施工环境造成不良影响。本实施例的大型掘进机主驱动密封系统应用到高压大型掘进机，大型掘进机主驱动密封系统具有稳定润滑与自清洁功能，为大埋深、长里程大型掘进机的施工提供安全保障。
大型掘进机主驱动密封系统左侧为掘进机外部挖掘面，挖掘面处于水、泥等环境，右侧为掘进机内部系统。靠近掘进机内部系统的腔体400为观察腔，与观察腔连通的通道为观察通道500，用于检测油脂泄露，其他腔体为容油腔，与容油腔连通的通道为油脂加压通道，用于向容油腔加压注入油脂，且越靠近掘进机外部挖掘面的油脂加压通道，油脂加压越大。第二表面与转轴接触，旋转轴200转动与第二表面形成相对运动，第二表面凹槽或者螺纹的分布方向与转轴转动的方向形成配合，使得低压容油腔的油脂通过第二表面的凹槽或者螺纹间隙向高压容油腔流动，最终油脂从密封系统流入掘进环境，流动速度和流量由凹槽或者螺纹形貌、相对运动速度、油脂加压压力以及掘进机外部挖掘面所处水、泥等环境的压力共同控制。
当掘进机的主驱动密封系统工作的时候，通过调节油脂加压通道的压力的大小，控制系统油脂向挖掘面所处环境排出油脂的速度，在润滑主轴表面，降低摩擦磨损，减少油脂向环境大量排放的同时，防止挖掘面环境的水、泥等杂质进入主轴系统，也具备将已经进入主轴密封系统的少量杂质排出系统的自清洁能力，保持主轴密封系统的洁净，防止主轴系统因杂质而失效。
参照图1，一种大型掘进机主驱动密封系统实施方式，至少两个油封100，旋转轴200，压模300，通道500，卡栓。所述压模300与所述旋转轴200之间形成腔体400，各所述油封100设置在腔体400内，所述腔体400与通道500相通，密封系统最左侧为掘进环境，密封系统右侧为掘进机内部系统。其中，旋转轴200设于压模300的一侧，和压模300之间设有腔体400，腔体400用于收容油脂，腔体400为高压环境；油封100收容于腔体400内，骨架和压模300贴合，各翅的自由端部形成弯折部，各弯折部抵持于旋转轴200上，且第二表面面向旋转轴200和低压环境；卡栓与压模300连接，用于将油封100安装于压模300和旋转轴200之间。其中，翅的弯折部抵持于旋转轴200上，且设有螺纹的第二表面抵持于旋转轴200上，从而保证翅与旋转轴200之间具有足够的接触面积。其中，由于部分翅抵持在旋转轴200的表面，随着旋转轴200的转动，在腔体400内形成回流，并在翅的第二表面和旋转轴200表面形成油膜。为了延长整个大型掘进机主驱动密封系统的使用寿命，本实施例中的大型掘进机主驱动密封系统还包括尘封，尘封设于油封100朝向低压环境的一侧，并由卡栓安装于压模300和转轴之间，从而避免灰尘等杂质进入到密封系统内。
此大型掘进机主驱动密封系统通过油脂加压通道向腔体400压入油脂，同时第二表面螺纹或凹槽5贴合在旋转轴200表面，旋转轴200转动时，旋转轴200转动方向与第二表面的螺纹或凹槽5的设置方向相配合，使腔体400内油脂顺着螺纹或凹槽5设置方向向另一端移动，形成高于掘进环境泥、水的压力，防止掘进换进中的泥、水进入主轴密封系统，同时润滑转动轴与第二表面的接触面，防止干摩擦导致密封磨损失效，另一方面，对于少量已进入密封系统的杂质，通过上述效果，可有效将杂质排出密封系统，达到密封系统自清洁效果。
参照图2和图3，油封100包括骨架110和至少一个翅120。其中，骨架110在横截面上具有宽度方向，翅120与骨架110连接。其中，翅120的数量为一个或者多个，多个翅120沿宽度方向相互之间平行分隔设置，分别与骨架110连接，各翅120相对骨架110倾斜设置，各翅120包括相对的第一表面3和第二表面4，第一表面朝向高压环境，第一表面和宽度方向之间的夹角为锐角1，第二表面朝向低压环境，第二表面和宽度方向之间的夹角为钝角2，且第二表面用于和旋转轴200配合，各翅120在第二表面上设有螺纹或者凹槽5。凹槽5或者螺纹均匀规则的分布在第二表面上，每个凹槽5或者螺纹靠近骨架110端呈较宽、深度较小，靠近翅端较窄、深度较大。
参照图2至图5，油封100通过在骨架110上设置多个平行的翅，各翅120相对骨架110倾斜设置，且翅110在用于和旋转轴200配合的第二表面上设置有螺纹或者凹槽5，从而使得油封100在使用时，通过部分第二表面贴合于旋转轴200表面，增加了与旋转轴200的接触面积，且螺纹或者凹槽5与旋转轴200相互作用，使低压侧的油能够在旋转轴200表面以连续的油膜形式从低压侧向瞬时高压侧运动，从而油脂在对旋转轴200表面润滑避免干摩擦的同时，还能够使油脂进行可控的排出油封系统。
其中，本实施例中的油封100采用耐高温、耐高压以及耐磨的聚合物材料制备而成，从而延长油封的使用寿命。具体地，本实施例中的油封100采用聚氨酯或丁腈橡胶制备而成。在其他实施例中，也可以采用其他的聚合物材料制备。
可以理解地，油封100在具体的使用环境中，可以设置成环形，或者设置成长条形进行安装在旋转轴200表面。具体地，本实施例中的油封100设置呈环形。
本实施例中的翅120相对骨架110倾斜设置，翅120的第一表面和宽度方向之间的夹角为锐角，第二表面和宽度方向之间的夹角为钝角，锐角介于50°-60°之间，钝角介于115°-125°之间，从而在实际安装时，第二表面上的螺纹和旋转轴200相抵持接触，并使得翅能够有足够的长度抵持在旋转轴200表面，增加与旋转轴200的接触面积，保持翅口处和旋转轴200充分接触，降低长时间使用后发生磨损而出现漏油的风险。
在本发明的一个具体的实施例中，翅120的第一表面和骨架110的宽度方向之间的夹角为55°，翅120的第二表面和骨架110的宽度方向之间的夹角为120°，既能保证翅120的受压能力，又能保证翅口处不易受磨损，在其他实施例中，可以根据实际情况设置其他的夹角度数。
其中，为了增加翅120的抗压能力，第一表面和骨架110之间的连接以第一弧形过渡，第二表面和骨架110之间的连接以第二弧形过渡，从而在实际安装使用时，避免由于来自油脂的压力而将唇指压断。其中，第一弧形的半径介于3.0mm-4.0mm之间，第二弧形的半径介于6.0mm-8.0mm之间，从而保证翅的受压能力和耐磨性能。
在本发明的一个具体的实施例中，第一弧形的半径为3.5mm，第二弧形的半径为7.0mm，在其他实施例中可以根据需要设置其他数值的第一弧形和第二弧形的半径大小。其中，本实施例中的翅的末端面设置为不与骨架的长度方向平行，其中末端面与长度方向之间的夹角介于30.0°-35.0°之间。其中，本实施例中的螺纹的宽度和弯度设计为与旋转轴200的转动速度相匹配，为保证油脂能按设定的速度在旋转轴200表面形成油膜，保证向油封系统外排油的顺畅性，且不发生失压的风险，对于高速旋转的旋转轴200，螺纹的凹槽5设计较宽，弯度设计较小，而对于低速旋转的旋转轴200，螺纹的凹槽5设计较窄，弯度设计较大。
其中，本实施例中的螺纹设于靠近翅的自由末端，并且覆盖长度约占翅的长度的1/3。图3为本实施例中的螺纹的结构示意图，其中螺纹相对翅倾斜设置，并且在使用时，与轴的转动方向相配合，以实现从翅的未设置螺纹侧往设置螺纹侧进行排油。当然，螺纹的螺纹结构可以设置为一条连续的螺纹，也可以设置为半圈或者根据实际需要设置螺纹的螺纹长度。
此外，本实施例中的翅的宽度往远离骨架的方向逐渐减小，从而有助于在转轴表面形成油膜。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.大型掘进机主驱动密封系统，其特征在于，包括：
至少两个油封(100)，旋转轴(200)，压模(300)，通道(500)；所述压模(300)与所述旋转轴(200)之间形成腔体(400)，各所述油封(100)设置在腔体(400)内，所述腔体(400)与通道(500)相通，密封系统最左侧为掘进环境，密封系统右侧为掘进机内部系统；
各所述油封(100)包括至少一个翅(120)和骨架(110)，所述骨架在横截面上具有宽度方向，所述翅(120)与所述骨架(110)连接，所述翅(120)的指向与所述骨架(110)宽度方向形成夹角；
所述翅(120)包括相对的第一表面(3)和第二表面(4)，在所述第二表面(4)设置有螺纹或凹槽(5)；
靠近掘进机内部系统的油封的所述第一表面(3)朝向掘进机内部系统，其余油封的所述第一表面(3)朝向掘进环境；
所述油封的骨架(110)与所述压模(300)贴合，所述油封的第二表面的螺纹或凹槽(5)部位抵持于所述旋转轴(200)表面，形成弯折部；
靠近掘进机内部系统的所述腔体(400)为观察腔，与所述观察腔连通的所述通道(500)为观察通道，用于检测油脂泄露，其他所述腔体(400)为容油腔，与所述容油腔连通的所述通道(500)为油脂加压通道，用于向所述容油腔加压注入油脂，且越靠近掘进机外部挖掘面的所述油脂加压通道，油脂加压越大。
2.根据权利要求1所述的大型掘进机主驱动密封系统，其特征在于：所述夹角分别为锐角(1)和钝角(2)，所述锐角(1)介于50°-60°之间，所述钝角(2)介于115°-125°之间。
3.根据权利要求1所述的大型掘进机主驱动密封系统，其特征在于：所述第一表面(3)和所述骨架(110)之间的连接以弧形过渡。
4.根据权利要求1所述的大型掘进机主驱动密封系统，其特征在于：所述油封(100)由聚氨酯或丁腈橡胶制备而成。
5.根据权利要求1所述的大型掘进机主驱动密封系统，其特征在于：所述螺纹或者所述凹槽均匀规则的分布于第二表面(4)，且靠近所述翅(120)的一端深度比靠近所述骨架(110)方向的深度大。
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|---|---|---|---|---|
| JPH1162482A (ja) * | 1997-08-14 | 1999-03-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | シールド掘削機 |
| CN204828672U (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-02 | 青岛海力威新材料科技股份有限公司 | 一种低摩擦橡胶油封 |
-
2021
- 2021-12-22 CN CN202111581386.6A patent/CN114412994B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1162482A (ja) * | 1997-08-14 | 1999-03-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | シールド掘削機 |
| CN204828672U (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-02 | 青岛海力威新材料科技股份有限公司 | 一种低摩擦橡胶油封 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN114412994A (zh) | 2022-04-29 |
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